Synthèse et caractérisation de copolymères cationiques à base d'un méthylidène malonate de monomères aminés

Synthesis and characterization of copolymers composed of a methylidene malonate and containing amine monomers. Formulation of colloidal systems for biomedical applications

• Auteur / Autrice : Natacha Deshayes
• Direction : Gérard Riess
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Mulhouse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthacrylate de méthyle

Résumé

Le présent travail a consisté à mettre au point une nouvelle gamme de vecteurs cationiques pour véhiculer des entités polyanioniques comme l'ADN. Pour cela deux types de monomères ont été sélectionné : le MM 2. 1. 2 (1-ethoxycarbonylméthylèneoxycarbonyl éthène), qui apporterait le caractère bioérodable et un monomère aminé, qui permettrait la complexation avec l'ADN. Le vecteur synthétique choisi est un copolymère cationique obtenu par copolymérisation radicalaire en solution de ces deux monomères. La première partie de ce manuscrit a été consacrée à la synthèse des monomères cationiques ayant des groupements espaceurs de type chaîne alkyle, acide aminé ou oxyde d'éthylène. Des tests in vitro nous ont permis de sélectionner le monomère cationique le plus adapté à notre application : le méthacrylate de 2-aminoéthyle (AEMA). Dans une deuxième partie, des études cinétiques très détaillées, effectuées par RMN 1H in situ, en fonction de la concentration en amorceur et en monomère, ont permis de déterminer les vitesses de polymérisation (vp), ainsi que les principales constantes cinétiques (kp/kt0,5) pour le MM 2. 1. 2 et le BocAEMA (forme protégée du AEMA). L'influence de la viscosité de la solution de polymère sur ce rapport a été mise en évidence. Il a notamment été remarqué que le BocAEMA est plus réactif que le MM 2. 1. 2. Nous avons ensuite étudié la copolymérisation du MM 2. 1. 2 avec le méthacrylate de méthyle (MMA) et le BocAEMA. Les paramètres de réactivité (r1, r2) et ceux d'Alfrey-Price (e, Q) ont alors été déterminés pour ces monomères. Les copolymères synthétisés sont de type statistique et ils ont une composition azéotropique à environ 40 % molaire en MM 2. 1. 2. Enfin, nous avons formulés les copolymères cationiques poly(méthylidène malonate 2. 1. 2)-stat-(méthacrylate de 2-aminoéthyle). D'une part, les copolymères hydrosolubles ont permis la synthèse de complexe cationique par mélange direct avec l'ADN. Et d'autre part, les copolymères hydrophobes ont été formulés par la méthode de coacervation sous forme de nanoparticules avec des tailles reproductibles et monodisperses allant de 100 à 300 nm. Ces tailles sont intéressantes pour des applications intraveineuses. La viscosité de la solution dispersée est apparue comme étant le paramètre le plus important pour les synthèses de ce type. Le taux de fonctions amines en surface a été évalué par deux techniques : la RMN 1H et la conductimétrie. 70 à 60% de fonctions amines sont présentes en surface pour des tailles allant de 150 à 200 nm. L'utilisation de copolymère bloc PMM 2. 1. 2-b-POE a permis de synthétiser des nanoparticules cationiques dites furtives ayant un temps de circulation plus important dans l'organisme.

The present work consisted in developing a new range of cationic vectors to carry anionic drugs like DNA. For that two types of monomers were selected : le methylidene malonate 2. 1. 2, which would bring the bioerodable character and a monomer containing amino group which would allow the complexation with the DNA. The selected synthetic vector is a cationic copolymer obtained by free radical copolymerization in solution of these two monomers. The first part of this manuscript was devoted to the synthesis of the cationic monomers having different spacers (alkyl, acid amino or ethylene oxide). In vitro tests enabled us to select the cationic monomer more adapted to our application: the 2-aminoethylmethacrylate (AEMA). In a second part, very detailed kinetic studies, carried out by NMR 1H '' in situ '', as a function of the initiator and monomer concentration, made it possible to determine rate speeds of polymerization (Rp), as well as the main kinetic constants (kp/kt0,5) for the MM 2. 1. 2 and BocAEMA (protected form of the AEMA). The influence of the viscosity of the polymer solution on this ratio was highlighted. It was in particular noticed that BocAEMA is more reactive than the MM 2. 1. 2. We then studied the copolymerization of the MM 2. 1. 2 with methylmethacrylate (MMA) and BocAEMA. The reactivity parameters (r1, r2) and those of Alfrey-Price (e, Q) were then determined for these monomers. The synthesized copolymers are statistical and they have an azeotropic composition at approximately 40 % molar in MM 2. 1. 2. Lastly, we formulated cationic copolymers poly(methylidene malonate 2. 1. 2)-stat-(2-aminoethylmethacrylate). On the one hand, the water-soluble copolymers allowed the synthesis of cationic complexes by direct mixing with the DNA. And in addition, the hydrophobic copolymers were formulated by the method of coacervation in the form of nanoparticules with reproducible and monodisperse sizes from 100 to 300 nm. These sizes are interesting for intravenous applications. The viscosity of the dispersed solution seemed being the most important parameter on the size of the particles. The amount of amine functions on the surface was evaluated by two techniques : NMR 1H and conductimetry. 70 to 60 % of amine functions are present on the surface for sizes from 150 to 200 nm. The use of PMM 2. 1. 2-b-POE block copolymer made it possible to synthesize cationic nanoparticles, known as stealth particle, having then a more important circulation time in blood.